计算机网络的基础知识

Posted 2020-08-12 珍真小心

网络分层：

OSI七层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层

五层协议：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

HTTP四层协议：网络接口层、网际层、运输层、应用层

层	作用/功能	数据	协议
物理层	通过媒介传输比特，确定机械及电气规范。	比特（bit）	RJ45、CLOCK、IEEE802.3 （中继器，集线器）
数据链路层	将比特封装成帧，实现点到点的传输。	帧（Frame）	PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC （网桥，交换机）
网络层	负责数据包从原地址到目的地址的传输和网际互联	包（Packet）	IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、IPX、RIP、IGRP、 （路由器）
运输层	提供端到端的可靠报文传递和错误恢复	段（Segment）	TCP、UDP、SPX
会话层	建立管理终止会话	会话协议数据单元（SPDU）	NFS、SQL、NETBios、RPC
表示层	对数据进行翻译、加密、压缩	表示协议数据单元（PPDU）	JPEG、MPEG、ASII
应用层	网络进程到应用程序，针对特定应用规定各层协议，在端系统中用软件实现	应用协议数据单元（APDU）	FTP、DNS、Telnet、SMTP、HTTP、WWW、NFS

ARP地址解析协议：

1. 首先，每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。
2. 当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有对应IP地址的目的主机的MAC地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，该数据包包括的内容有：源主机 IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP 地址。
3. 当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址。
4. 源主机收到ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

RARP逆地址解析协议：

RARP是逆地址解析协议，作用是完成硬件地址到IP地址的映射，主要用于无盘工作站，因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存。工作流程：在网络中配置一台RARP服务器，里面保存着IP地址和MAC地址的映射关系，当无盘工作站启动后，就封装一个RARP数据包，里面有其MAC地址，然后广播到网络上去，当服务器收到请求包后，就查找对应的MAC地址的IP地址装入响应报文中发回给请求者。因为需要广播请求报文，因此RARP只能用于具有广播能力的网络。

ICMP互联网控制消息协议：

它用于TCP/IP网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些信息，令管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施解决。它与传输协议最大的不同：它一般不用于在两点间传输数据，而常常用于返回的错误信息或是分析路由。

ICMP控制的内容包括但不仅限于：echo响应（ping）、目标网络不可达、目标端口不可达、禁止访问的网络、拥塞控制、重定向、TTL超时...

路由选择协议：

路由选择协议分为：静态的和动态的。Internet中使用的是动态路由选择协议，在Internet的概念中，将整个互联网划分为许多个小的自治系统（AS）。AS的最主要的特征：一个AS对其他AS表现出的是一个单一 和一致的路由选择策略。

由于AS的存在，路由选择协议又分为两种：

• 内部网关协议（IGP）：即在一个AS内部使用的路由选择协议，而这与互联网中其他AS选用什么路由协议无关。比如：OSPF
• 外部网关协议（EGP）：若源主机和目的主机不再同一个AS中，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个AS中，这就是EGP。比如：BGP。

DNS域名解析协议：

当 DNS 客户机需要查询程序中使用的名称时，它会查询本地DNS 服务器来解析该名称。客户机发送的每条查询消息都包括3条信息，以指定服务器应回答的问题。
　　● 指定的 DNS 域名，表示为完全合格的域名 (FQDN) 。
　　● 指定的查询类型，它可根据类型指定资源记录，或作为查询操作的专门类型。
　　● DNS域名的指定类别。

DNS的查询过程：（以访问www.qq.com为例）

1. 在浏览器中输入www.qq.com域名，操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址映射关系，如果有，就先调用这个IP地址映射，完成域名解析。 
2. 如果hosts里没有这个域名的映射，则查找本地DNS解析器缓存，是否有这个网址映射关系，如果有，直接返回，完成域名解析。 
3. 如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系，首先会找TCP/IP参数中设置的首选DNS服务器，在此我们叫它本地DNS服务器，此服务器收到查询时，如果要查询的域名，包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析，此解析具有权威性。 
4. 如果要查询的域名，不由本地DNS服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析，此解析不具有权威性。 
5. 如果本地DNS服务器本地区域文件与缓存解析都失效，则根据本地DNS服务器的设置（是否设置转发器）进行查询，如果未用转发模式，本地DNS就把请求发至根DNS，根DNS服务器收到请求后会判断这个域名(.com)是谁来授权管理，并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个IP。本地DNS服务器收到IP信息后，将会联系负责.com域的这台服务器。这台负责.com域的服务器收到请求后，如果自己无法解析，它就会找一个管理.com域的下一级DNS服务器地址(qq.com)给本地DNS服务器。当本地DNS服务器收到这个地址后，就会找qq.com域服务器，重复上面的动作，进行查询，直至找到www.qq.com主机。 

在浏览器中输入www.baidu.com后执行的全部过程

1. 应用层：客户端浏览器通过DNS解析到www.baidu.com的IP地址220.181.27.48，通过这个IP地址找到客户端到服务器的路径。客户端浏览器发起一个HTTP会话到220.161.27.48，然后通过TCP进行封装数据包，输入到网络层。

• DNS解析过程

• HTTP请求与响应

 　　2. 传输层：把HTTP会话请求分成报文段，添加源和目的端口，如服务器使用80端口监听客户端的请求，客户端由系统随机选择一个端口如5000，与服务器进行交换，服务器把相应的请求返回给客户端的5000端口。然后使用IP层的IP地址查找目的端。

　　3. 网络层：网络层不关心应用层或者传输层的东西，主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器，期间可能经过多个路由器，这些都是由路由器来完成的工作，通过查找路由表决定通过那个路径到达服务器。

 　　4. 链路层：包通过链路层发送到路由器，通过ARP协议查找给定IP地址的MAC地址，然后发送ARP请求查找目的地址，如果得到回应后就可以使用ARP的请求应答交换的IP数据包现在就可以传输了，然后发送IP数据包到达服务器的地址。

 

交换机、路由器、网关的概念：

• 交换机

　　在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC的网卡挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表 中。
　　交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过ARP协议学习它的MAC地址，保存成一张 ARP表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不 能划分网络层广播，即广播域。

• 路由器

　　路由器（Router）是一种计算机网络设备，提供了路由与转送两种重要机制

　　路由：可以决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径（host到host之间的传输路径）

　　转送：将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端(在路由器内部进行)

路由工作在OSI模型的第三层——即网络层，例如网际协议。
路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。 

• 网关

　　网关（Gateway），就是连接两个网络的设备，用于连接局域网和Internet。 

　　区别于路由器，网关（gateway）能在不同协议间移动数据，而路由器（router）是在不同网络间移动数据，相当于传统所说的IP网关（IP gateway）。
　　网关中并没有路由表，他只能按照预先设定的不同网段来进行转发。网关最重要的一点就是端口映射，子网内用户在外网看来只是外网的IP地址对应着不同的端口，这样看来就会保护子网内的用户。